Le migliori batterie hanno ispirato dalle coperture umili della lumaca

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WASHINGTON, DC, 11 febbraio 2015 -- Gli scienziati stanno usando la biologia per migliorare le proprietà delle batterie di ione di litio. I ricercatori all'Università del Maryland, contea di Baltimora (UMBC) hanno isolato un peptide, un tipo di molecola biologica, che lega forte all'ossido del nichel del manganese del litio (LMNO), un materiale che può essere usato per fare il catodo in batterie di rendimento elevato. Il peptide può agganciarsi sulle particelle nanosized di LMNO e collegarlo alle componenti conduttive di un elettrodo della batteria, migliorando il potere e la stabilità potenziali dell'elettrodo.

“La biologia ci fornisce parecchi attrezzi affinchè risolva i problemi importanti,„ ha detto Evgenia Barannikova, un dottorando a UMBC. Barannikova funziona nel laboratorio del contrassegno Allen e studia come le molecole biologiche in generale possono migliorare le proprietà dei materiali inorganici in batterie. “Imitando i processi biologici possiamo trovare la migliore soluzione,„ ha detto.

Uno dei problemi attualmente che affrontano i ricercatori della batteria è la difficoltà di funzionamento con i materiali del nanoscale, che dovuto il loro formato molto piccolo supplementare può essere duro da controllare e tenere sul posto. Le frustrazioni di funzionamento con i materiali nanosized valgono la pena di sormontare, tuttavia. Gli elettrodi di Nanostructured in batterie dello Li-ione presentano parecchi vantaggi sopra gli elettrodi del materiale alla rinfusa, compreso le più brevi distanze per le particelle ditrasporto alla corsa e ad un'alta area che fornisce i luoghi più attivi affinchè le reazioni elettrochimiche accada - che traduce alle batterie che sono più chiare e più durevole.

Per intraprendere la sfida di fabbricazione sul nanoscale Barannikova e sui suoi colleghi si sono girati per aiuto verso le molecole biologiche denominate peptidi. Essi stessi composti dalle serie di molecole conosciute come gli amminoacidi, peptidi sono naturali e legatura a molti tipi differenti di materiali organici ed inorganici, secondo la loro sequenza degli amminoacidi. Svolgono molti ruoli nel corpo umano, dalla segnalazione nel cervello allo zucchero di anima di regolamento ed alcune droghe, come insulina, si compongono dei peptidi.

Una delle ispirazioni per la sua ricerca, Barannikova ha detto, era il senso che gli organismi quali i molluschi usano i peptidi per controllare lo sviluppo delle loro coperture. Dimostrano il controllo notevole per costruire nano- complicato e macrostrutture dai materiali inorganici come il carbonato di calcio, ha detto.

Barannikova ed i suoi colleghi hanno seguito una procedura chiamata “esposizione dei fagi„ per selezionare più di un miliardo peptidi possibili alla ricerca di uno che avrebbe attaccato forte all'ossido del nichel del manganese del litio. “La biblioteca del peptide„ con quale i ricercatori cercati è prodotti commercialmente da un'azienda del rifornimento del laboratorio e contiene un numero ampio delle sequenze di amminoacido a caso unite comprese in una proteina fatta da un virus denominato il batteriofago M13.

I ricercatori hanno isolato un peptide che lega all'ossido del nichel del manganese del litio unendo la biblioteca con un campione dell'ossido di metallo ed allora ripetutamente lavando via i peptidi che non hanno attaccato ad esso. I ricercatori allora hanno unito il peptide nuovo-scoperto con un peptide precedentemente isolato che lega ai nanotubes del carbonio. I nanotubes del carbonio possono servire da nanowires conduttivi in elettrodi dello Li-ione.

Il peptide risultante potrebbe allora formare un ponticello, legante sia ai nanoparticles dell'ossido del nichel del manganese del litio che ai nanotubes del carbonio e mantenentegliei in moda da poterli effettuare un collegamento durante i cicli di carico multipli. Contribuendo ad effettuare un'architettura altamente organizzata al nanoscale, i ricercatori prevedono che i loro peptidi migliorino il potere e la stabilità di riciclaggio delle batterie future dello Li-ione, permettendoli di essere più piccoli ed effettuare i corsi della vita più lunghi.

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